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一种GaAs晶片超洁净清洗方法与流程

2022-07-10 03:38:21 来源:中国专利 TAG:
一种gaas晶片超洁净清洗方法
技术领域
1.本技术涉及半导体技术领域,更具体地说,它涉及一种gaas晶片超洁净清洗方法。


背景技术:

2.砷化镓(gaas)在半导体工业中占有重要的地位,广泛的用于制造各种器件。作为化合物半导体,它具有迁移率高、禁带宽度大等特点被广泛应用。
3.砷化镓晶片是由纯砷和镓合成,并经晶体生长得到的砷化镓单晶材料,经过切、磨、抛光和清洗等工序后制成,而砷化镓表面污染会严重影响半导体器件的可靠性以及成品率,因此砷化镓晶片的清洗工艺对于砷化镓晶片的质量至关重要。砷化镓晶片在清洗工艺上的要求,是希望能够达到对晶片表面上残留的镓氧化物、砷氧化物和一些对后续工艺有害的金属、污垢、油污、杂质、蜡点、尘埃、脏点等进行去除。
4.现有技术中对于砷化镓晶片的清洗主要采用有机溶剂超声加热的清洗方法,但是发明人发现采用该种方法进行清洗,清洗效果不完全,不仅对砷化镓晶片表面粗糙化,而且晶片表面的微量金属杂质也难以彻底洗净。


技术实现要素:

5.为了对砷化镓晶片表面金属杂质清洗效果更好,且降低清洗对砷化镓晶片表面的粗糙化,本技术提供了一种gaas晶片超洁净清洗方法。
6.本技术提供的一种gaas晶片超洁净清洗方法采用如下的技术方案:一种gaas晶片超洁净清洗方法,包括以下步骤:s1、用包含清洗剂a和水的清洗液a清洗,清洗剂a包括聚乙烯亚胺、表面活性剂和增溶剂;s2、用含有双氧水的清洗液b清洗;s3、用包含有清洗剂c和水的清洗液c清洗,清洗剂c包括聚乙烯亚胺、乙醇和edta;s4、最后用水洗砷化镓晶片。
7.通过采用上述技术方案,本技术中首先用清洗液a进行清洗,清洗液a中表面活性剂的添加可以去除覆盖在晶片表面的有机物残留,从而对于晶片上其它杂质进行更好的去除,而且本技术中清洗液a中还添加有聚乙烯亚胺,聚乙烯亚胺具有极性基团和疏水基团乙烯基,而且聚乙烯亚胺具有一定的吸附性能,可以对晶片表面进行更加彻底的清洁,而且聚乙烯亚胺的添加使得清洗液呈碱性,还具有一定的金属离子螯合性能,可以对有机物下层的金属等杂质进行螯合,使得有机物层清洁更彻底,而且更加利于下层杂志的清理,增溶剂的添加进一步增强晶片表面的有机物与其它不溶杂质在清洗液中的清洗,进一步提升清洗效果。
8.然后再采用含有双氧水的清洗液b进行清洗,使得晶片表层被氧化,然后用含有聚乙烯亚胺、乙醇和edta的清洗液c进行清洗,此时在碱性条件下清洗,可以溶解晶片表面的砷氧化物以及镓氧化物,使得表层剥离,同时聚乙烯亚胺和edta可以进一步去除金属杂质,
最后再水洗晶片,实现对于表面杂质的清洗,实现晶片的清洗。采用本技术中的清洗方式在常温常压下进行,操作更加简单方便,清洗效果好,而且显著降低了传统清洗方式造成的晶片表面粗糙化,对于晶片表面的金属杂质去除效果更好,得到晶片表面粗糙度更低。
9.可选的,清洗液a中,所述清洗剂a与水的体积比为1:(35-70),且清洗剂a中聚乙烯亚胺、表面活性剂和增溶剂的质量比为1:(6-10):(1-2)聚乙烯亚胺的质量百分浓度为25-30%。
10.通过采用上述技术方案,采用上述各个配合比原料的时候,对于砷化镓的清洗效果更优。
11.可选的,清洗液b包括质量比为1:(20-40)的双氧水和水,双氧水的质量百分浓度为25-35%。
12.可选的,清洗液c中,清洗剂c与水的体积比为1:(30-50),且清洗剂c中聚乙烯亚胺、乙醇和edta的质量比为1:(5-7):(0.8-1.5)。
13.可选的,步骤s4中,水洗砷化镓晶片的具体操作为:分别采用冷热水交替清洗砷化镓晶片,且第一次水洗采用冷水洗,冷水温度为15-25℃,热水温度为30-35℃。
14.通过采用上述技术方案,本技术中采用冷热水交替清洗砷化镓晶片相较于直接水洗砷化镓晶片的清洗效果,尤其是先采用冷水洗,有助于清洗液a清洗的效果提升,对于最终砷化镓的清洗效果更好。
15.可选的,所述步骤s1和/或s3在兆声波条件下进行。
16.通过采用上述技术方案,步骤s1和/或s3在兆声波条件下进行,可以提高晶片表面上杂质颗粒的去除效果,再配合清洗液a和清洗液c的作用,最终对于晶片的清洗效果更好,金属杂质去除更好,且粗糙度进一步降低。
17.可选的,所述表面活性剂选用gemini表面活性剂、硅醇类非离子表面活性剂以及聚氧乙烯型非离子表面活性剂中的一种或多种;所述增溶剂选用聚山梨酯类增溶剂。
18.可选的,所述表面活性剂选用质量比为1:(2-3)的gemini表面活性剂以及聚氧乙烯型非离子表面活性剂。
19.通过采用上述技术方案,gemini表面活性剂作为新一代表面活性剂,更加容易吸附在表面,更加有效降低水溶液表面张力,而且还具有良好的润湿分散性能,用于砷化镓的清洗效果更好。
20.可选的,所述聚氧乙烯型非离子表面活性剂选用聚氧乙烯烷基酚醚和聚氧乙烯脂肪醇醚中的一种或两种。
21.综上所述,本技术具有以下有益效果:1、本技术中首先用含有表面活性剂和聚乙烯亚胺的清洗液a对砷化镓晶片进行清洗,去除晶片表面的有机物,解决其对于晶片上其它杂质形成的障碍作用,而且聚乙烯亚胺的碱性、吸附性能以及螯合性能对于下层的重金属等杂质具有一定作用,从而不仅可以清楚上层的有机层,而且更加利于下层杂质的清楚,然后采用含有双氧水的清洗液b进行清洗,使得晶片表层被氧化,然后用含有聚乙烯亚胺、乙醇和edta的清洗液c进行清洗,此时在碱性条件下清洗,可以溶解晶片表面的砷氧化物以及镓氧化物,使得表层剥离,同时聚乙烯亚胺和edta可以进一步去除金属,最后再水洗晶片,实现对于表面杂质的清洗,实现晶片的
清洗;2、本技术中清洗液a中还添加有聚乙烯亚胺,聚乙烯亚胺具有极性基团和疏水基团乙烯基,而且聚乙烯亚胺具有一定的吸附性能,再配合硅烷偶联剂的作用,可能是由于聚乙烯亚胺对于有机物以及其它污垢的吸附,再配合与表面活性剂等物质的共同溶解作用,可以对晶片表面进行更加彻底的清洁。
具体实施方式
22.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明,予以特别说明的是:以下实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行,以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
23.以下实施例中,gemini表面活性剂可选用购自上海申容化工科技有限公司,品牌为申容化工的季铵盐gemini(双子)阳离子表面活性剂;增溶剂选用吐温80的聚山梨酯增溶剂;以下实施例中的水均为去离子水,且采用电阻率18兆欧以上的去离子水。
24.以下实施例中的砷化镓晶片清洗步骤均在超洁净环境下进行。
25.以下实施例中兆声波的波长范围为600-900千赫,作用时间与步骤水洗时间相同。
26.实施例1一种gaas晶片超洁净清洗方法,包括以下步骤:s1、用包含清洗剂a和水的清洗液a清洗2min,清洗剂a与水的体积比为1:35,且清洗剂a由质量比为1:6:1的聚乙烯亚胺、表面活性剂和增溶剂混合得到,聚乙烯亚胺的质量百分浓度为25-30%;s2、用含有双氧水的清洗液b清洗60s,清洗液b由质量比为1:20的双氧水和水混合得到,且双氧水的质量百分浓度为25%;s3、用包含有清洗剂c和水的清洗液c清洗30s,清洗剂c与水的体积比为1:30,且清洗剂c由质量比为1:5:0.8的聚乙烯亚胺、乙醇和edta混合得到;s4、最后常温水水洗砷化镓晶片2min,水洗4次,然后将晶片在旋干机中在1000rpm转速范围内、50℃条件下旋转烘干。
27.其中,步骤s1中的表面活性剂选用aec表面活性剂。
28.实施例2一种gaas晶片超洁净清洗方法,包括以下步骤:s1、用包含清洗剂a和水的清洗液a清洗3min,清洗剂a与水的体积比为1:50,且清洗剂a由质量比为1:8:1.5的聚乙烯亚胺、表面活性剂和增溶剂混合得到,聚乙烯亚胺的质量百分浓度为30%;s2、用含有双氧水的清洗液b清洗80s,清洗液b由质量比为1:30的双氧水和水混合得到,且双氧水的质量百分浓度为30%;s3、用包含有清洗剂c和水的清洗液c清洗60s,清洗剂c与水的体积比为1:40,且清洗剂c由质量比为1:6:1的聚乙烯亚胺、乙醇和edta混合得到;s4、最后常温水水洗砷化镓晶片3min,水洗3次,然后将晶片在旋干机中在1000rpm转速范围内、50℃条件下旋转烘干。
29.其中,步骤s1中的表面活性剂选用gemini表面活性剂。
30.实施例3一种gaas晶片超洁净清洗方法,包括以下步骤:s1、用包含清洗剂a和水的清洗液a清洗5min,清洗剂a与水的体积比为1:70,且清洗剂a由质量比为1:10:2的聚乙烯亚胺、表面活性剂和增溶剂混合得到,聚乙烯亚胺的质量百分浓度为25-30%;s2、用含有双氧水的清洗液b清洗90s,清洗液b由质量比为1:40的双氧水和水混合得到,且双氧水的质量百分浓度为35%;s3、用包含有清洗剂c和水的清洗液c清洗90s,清洗剂c与水的体积比为1:50,且清洗剂c由质量比为1:7:1.5的聚乙烯亚胺、乙醇和edta混合得到;s4、最后常温水水洗砷化镓晶片5min,水洗3次,然后将晶片在旋干机中在1000rpm转速范围内、50℃条件下旋转烘干。
31.其中,步骤s1中的表面活性剂选用聚氧乙烯烷基酚醚。
32.实施例4一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例2中的方法进行,不同之处在于,表面活性剂选用aec表面活性剂。
33.实施例5一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例2中的方法进行,不同之处在于,表面活性剂选用质量比为1:2的gemini表面活性剂和aec表面活性剂。
34.实施例6一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例2中的方法进行,不同之处在于,表面活性剂选用质量比为1:3的gemini表面活性剂和aec表面活性剂。
35.实施例7一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例5中的方法进行,不同之处在于,步骤s4的操作为:采用冷热水交替清洗砷化镓晶片,且第一次水洗采用冷水洗,冷水温度为15℃,热水温度为30℃;冷热水水洗循环交替3次,也就是冷水洗30s,热水洗30s,冷水洗30s,热水洗30s,冷水洗30s,热水洗30s。
36.实施例8一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例7中的方法进行,不同之处在于,步骤s4的操作为:采用冷热水交替清洗砷化镓晶片,且第一次水洗采用冷水洗,冷水温度为20℃,热水温度为30℃。
37.实施例9一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例7中的方法进行,不同之处在于,步骤s4的操作为:采用冷热水交替清洗砷化镓晶片,且第一次水洗采用冷水洗,冷水温度为25℃,热水温度为35℃。
38.实施例10一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例2中的方法进行,不同之处在于,步骤s1在兆声波条件下进行,兆声波的波长为750千赫。
39.实施例11
一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例2中的方法进行,不同之处在于,步骤s3在兆声波条件下进行,兆声波的波长为750千赫。
40.实施例12一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例2中的方法进行,不同之处在于,步骤s1与s3均在兆声波条件下进行,兆声波的波长为750千赫。
41.对比例对比例1一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例2中的方法进行,不同之处在于,清洗剂a中聚乙烯亚胺等量替换为表面活性剂。
42.对比例2一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例2中的方法进行,不同之处在于,将步骤s1中清洗剂a中聚乙烯亚胺等量替换为氨水,氨水的质量百分浓度为30%。
43.对比例3一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例2中的方法进行,不同之处在于,步骤s3中的清洗剂c中聚乙烯亚胺等量替换为edta。
44.对比例4一种gaas晶片超洁净清洗方法,按照实施例2中的方法进行,不同之处在于,步骤s3中清洗剂c中聚乙烯亚胺等量替换为柠檬酸。
45.性能检测对cmp处理后的砷化镓晶片按照上述实施例和对比例中的清洗方法进行清洗,清洗后用表面颗粒度测试仪在0.3微米阈值的条件下,检测上述晶片表面的颗粒数量,统计清洗后晶片表面大于0.3微米的颗粒数量;同时对晶片表面重金属离子cu元素残留量通过全反射x射线荧光光谱分析测量,测得清洗后晶片表面cu杂质元素残留量结果如下表1所示。
46.检测结果如下表1所示。
47.表1:
检测项目实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8颗粒数/颗(0.3um)7871777568706360表面金属杂质(cu)10
10
atoms/cm24.84.54.74.64.24.33.83.5检测项目实施例9实施例10实施例11实施例12对比例1对比例2对比例3对比例4颗粒数/颗(0.3um)6267655690828580表面金属杂质(cu)10
10
atoms/cm23.64.03.82.713.510.79.88.7
由上表1可以看出,通过本技术实施例中提供的清洗方法进行砷化镓晶片的清洗,最终晶片表面大于0.3微米的颗粒小于80颗,本技术提供的方法具有良好的清洗效果。
48.再参照实施例2与实施例4-实施例6的检测结果,可以看出,实施例2中仅使用gemini表面活性剂时,其清洗效果高,而实施例4中仅使用aec表面活性剂的时候,其清洗效果有所降低;而实施例5和实施例6中采用两者复配的时候,清洗效果以及金属去除效果相较于仅添加gemini表面活性剂时效果相当,甚至更好,可以采用部分aec代替部分gemini表面活性剂;参照实施例2与实施例10-12的检测结果,可以看出,当步骤s1与s3在兆声波条件下清洗的时候,可以进一步提升晶片清洗效果,步骤s1与s3均在兆声波条件下清洗的时候,
其清洗效果更优。
49.再结合实施例2与实施例7-9的检测结果,可以看出,采用冷热水交替进行水洗的时候,相较于单一的水洗,交替水洗的清洗效果更优。
50.再参照实施例2与对比例1的检测结果,可以看出,本技术步骤s1中清洗剂a中聚乙烯亚胺替换为表面活性剂的时候,其清洗效果降低,且变化较大,再结合对比例2的检测结果,可以看出,聚乙烯亚胺替换为氨水的时候,体系呈碱性,虽然对于清洗效果具有一定的改善作用,但是效果仍然较差;再参照对比例3和对比例4的检测结果,相较于实施例2,可以看出对比例3中清洗液c中聚乙烯亚胺等量替换为edta的时候,其清洗效果有所降低,而对比例4中清洗液c中聚乙烯亚胺等量替换为柠檬酸的时候,虽然柠檬酸也可以起到金属络合作用,但是其清洗效果有所降低。
51.再对上述实施例中晶片的表面粗糙度进行检测,采用本技术实施例中提供清洗方法清洗砷化镓晶片,最终得到的砷化镓晶片表面均匀粗糙度为0.1-0.4nm。
52.本具体实施例仅仅是对本技术的解释,其并不是对本技术的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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